WO2024256785A1 - Utilisation d'une composition aqueuse pour lubrifier les parties internes d'un moteur à hydrogène ou à ammoniac - Google Patents

Utilisation d'une composition aqueuse pour lubrifier les parties internes d'un moteur à hydrogène ou à ammoniac Download PDF

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WO2024256785A1
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ammonia
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Nicolas Obrecht
Arnaud RISS
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TotalEnergies Onetech SAS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M173/00—Lubricating compositions containing more than 10% water
    • C10M173/02—Lubricating compositions containing more than 10% water not containing mineral or fatty oils

Definitions

  • TITLE Use of an aqueous composition for lubricating the internal parts of a hydrogen or ammonia engine
  • the present invention relates to the use of a particular aqueous lubricating composition for lubricating a powertrain system comprising an internal combustion engine powered by a non-hydrocarbon fuel chosen from hydrogen and/or ammonia.
  • the present invention also relates to a method of lubricating an internal combustion engine powered by at least one non-hydrocarbon fuel chosen from hydrogen and ammonia, comprising a step of bringing at least one internal part of the engine into contact with a composition, as described below.
  • Hydrogen and ammonia have multiple benefits, including but not limited to:
  • hydrocarbon base oils are derived from refining processes (for Group I to III bases according to the API classification - "American Petroleum Institute") or from synthetic chemistry such as polyalphaolefins (PAO, or Group IV base oils according to the API classification).
  • Group V base oils represent all other sources of unconventional base oils and are generally represented by oxygenated hydrocarbons such as esters and polyglycols.
  • Lubricant compositions formulated with more or less variable amounts of water are also known, including emulsions of water and hydrocarbon oils. These compositions are primarily intended for use in metalworking applications or as transmission fluids.
  • compositions have not until now been used to lubricate the internal parts of combustion engines, in particular because of the risks of evaporation of water under the thermal flow of combustion, which causes accelerated consumption of the lubricant incompatible with conventional oil change intervals. Furthermore, it has generally been considered that the level of lubrication provided by these aqueous compositions could be insufficient in an engine in which the frictional constraints are extremely high, which could lead to an increased risk of failure of the engine lubricated with such compositions.
  • the present invention aims to remedy the problems described above and in particular to reduce the emissions of internal combustion engines powered by hydrogen and/or ammonia.
  • aqueous compositions make it possible to effectively lubricate the internal parts of these specific engines while significantly reducing undesirable emissions compared to the use of conventional lubricants formulated with one or more hydrocarbon bases.
  • the present invention thus relates to the use, for lubricating a motorization system comprising an internal combustion engine powered by at least one non-hydrocarbon fuel chosen from hydrogen and/or ammonia, of a composition comprising:
  • composition having a content of antifreeze additive(s) chosen from glycols, aliphatic monoethers of said glycols and polyhydric aliphatic alcohols, strictly less than 1% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • aqueous lubricating composition will refer to a composition used according to the invention as defined above.
  • aqueous lubricating composition according to the invention makes it possible to very effectively lubricate the various moving parts in a motorization system, mobile or stationary, including a internal combustion engine fueled by hydrogen and/or ammonia, hereinafter referred to as "hydrogen and/or ammonia engine”.
  • the term “engine system” is understood to mean a system comprising all the mechanical parts necessary for the intended mobile or stationary application and including at least one hydrogen and/or ammonia engine.
  • the term “hydrogen and/or ammonia engine” means a combustion engine powered by a hydrogen and/or ammonia-based fuel. In particular, it may be an engine operating solely on hydrogen (hydrogen engine), an engine operating solely on ammonia (ammonia engine), an engine operating with a hydrogen, ammonia mixture or an engine operating on ammonia and diesel (dual fuel ammonia/diesel engine).
  • a “stationary” motorization system within the meaning of the invention is a motorization system including a stationary engine, in particular a hydrogen engine. It can find applications, for example, in electrical energy production devices.
  • a “mobile” motorization system is more particularly a motorization system implemented in vehicles, including light vehicles, heavy-duty vehicles, so-called “off-road” mobile machines, competition vehicles, railway vehicles, or even marine vehicles.
  • a mobile motorization system can thus be a propulsion system for a vehicle.
  • propulsion system means a system comprising the mechanical parts necessary for the propulsion of a vehicle.
  • the propulsion system more particularly includes at least one hydrogen and/or ammonia engine.
  • aqueous lubricating compositions according to the invention proves to be particularly advantageous in several respects.
  • the lubricant droplets in the lubricant chamber can locally create hot spots, which can lead to premature ignition of the air/fuel mixture, and therefore to an abnormal combustion phenomenon known as pre-ignition.
  • pre-ignition an abnormal combustion phenomenon known as pre-ignition.
  • composition as defined above has unexpectedly proven to have excellent lubricating power under the operating conditions of combustion engines fueled by hydrogen and/or ammonia, superior to their lubricating power in combustion engines fueled by hydrocarbon fuels.
  • the lubrication of hydrogen and/or ammonia engine systems with a composition as defined above makes it possible to further reduce emissions of CO2, unburned hydrocarbons and particles, which further improves the environmental impact of these engine systems.
  • the present invention also relates to a method or process for lubricating moving parts in a powertrain system including an internal combustion engine powered by at least one at least one non-hydrocarbon fuel chosen from hydrogen and/or ammonia, comprising a step of bringing at least one part of said engine system into contact with a composition as defined above.
  • the invention also relates to a method of operating a mobile or stationary motorization system, including an internal combustion engine, consisting of supplying said engine with at least one non-hydrocarbon fuel chosen from hydrogen and ammonia and lubricating at least one part of said motorization system with an aqueous lubricating composition as defined above.
  • the present invention also relates to a method of operating a motorization system, mobile or stationary, including an internal combustion engine powered by at least one fuel chosen from hydrogen and/or ammonia, consisting of lubricating at least one part of said motorization system with a composition as defined above.
  • a compound or group in CN is a compound or group containing N carbon atoms in its chemical structure.
  • the aqueous lubricating composition is aqueous lubricating composition
  • the aqueous lubricating composition according to the present invention includes water.
  • water is present as the major solvent, in other words in greater quantity than any other solvent possibly present in the composition.
  • the lubricating composition used in the present invention advantageously comprises at least 15% by mass of water, in particular from 15 to 85% by mass of water, relative to the total mass of the composition.
  • the water content ranges from 20 to 80% by mass, more preferably from 30 to 70% by mass, and better still from 40 to 60% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • the water used in said composition is osmosis or demineralized water, more preferably deionized water.
  • osmosed water denotes water that has undergone purification, in particular by a reverse osmosis process, which makes it possible to reduce the content of organic and/or mineral compounds, for example to a content of less than 5.0% by weight, preferably less than 1.0% by weight.
  • the expressions “demineralized water” or “ultrapure water” are considered equivalent or synonymous with the expression “osmosed water”.
  • the osmosed water may be "deionized water", in other words water that has undergone purification in order to reduce the content of ions, such as the Ca 2+ and HCOs' ions generally present in water.
  • deionized water does not comprise ions.
  • the composition used in the invention is single-phase, that is to say it consists of a single aqueous phase.
  • the composition is not an emulsion such as an oil-in-water emulsion or a water-in-oil emulsion.
  • the composition does not comprise any water-insoluble compounds, and in particular no water-insoluble hydrocarbons including non-water-soluble base oils.
  • Water-insoluble oil means, in particular, an oil which does not dissolve substantially in water at room temperature. ambient (25°C). In particular, an oil that is not soluble in water has a solubility in water of less than 0.2 g/L at 25°C.
  • the composition does not comprise a lubricating base oil belonging to groups I to IV according to the classes defined in the API classification (or their equivalents according to the ATIEL classification).
  • the composition used in the present invention comprises less than 2% by mass of water-insoluble hydrocarbons, more preferably less than 1% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • the composition comprises less than 2% by mass of water-insoluble lubricating base oil and better still less than 1% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • said composition is completely free of oil not soluble in water.
  • composition used in the present invention advantageously has a kinematic viscosity, measured at 40°C according to standard ASTM D445, of between 20 mm 2 /s and 1000 mm 2 /s, preferably between 25 mm 2 /s and 100 mm 2 /s.
  • said composition has a viscosity index in the range from 100 to 350, preferably from 150 to 300.
  • composition used in the present invention contains one or more polyalkylene glycols.
  • Polyalkylene glycols are more particularly chosen from water-soluble or water-soluble polyalkylene glycols.
  • water soluble is meant a polyalkylene glycol having a water solubility of at least 10 g/L, preferably at least 500 g/L, in water at room temperature (about 25°C).
  • said polyalkylene glycol(s) used according to the invention are chosen from polyalkylene glycols having a cloud point, in other words having the property of inverse demixing (or “inverse solubility” in English).
  • the reverse demixing property characterizes the property of certain polyalkylene glycols to be soluble in water up to a temperature beyond which they become insoluble. This turbidity or "cloudiness” indicates a phase separation with water, which results in a deposit of said polyalkylene glycol on the surfaces in contact with the lubricant.
  • the temperature at which turbidity and insolubility occur is called the cloud point of the polyalkylene glycol.
  • the cloud point can be determined, for example, according to ASTM D 2024 or DIN EN 1890, typically for a mixture of 1% by mass of polyalkylene glycol in water.
  • said polyalkylene glycol(s) used according to the invention have a cloud point greater than or equal to 70°C.
  • the water solubility and reverse demixing properties of said polyalkylene glycol(s) used according to the invention advantageously make it possible to increase the lubrication properties.
  • a polyalkylene glycol used according to the invention comprises at least 50% by mass, in particular at least 80% by mass, more preferably at least 90% by mass, or even at least 95% by mass of propylene oxide and/or ethylene oxide units.
  • the polyalkylene glycols used according to the invention consist of propylene oxide and/or ethylene oxide units.
  • the polyalkylene glycol used according to the invention may be a copolymer, in particular a statistical copolymer, of oxide ethylene (EO) and propylene oxide (PO).
  • EO oxide ethylene
  • PO propylene oxide
  • the ethylene oxide (EO) and propylene oxide (PO) units are present in the copolymer in an EO/PO mass ratio of between 50/50 and 90/10, in particular between 60/40 and 85/15, and more particularly between 70/30 and 80/20.
  • the polyalkylene glycol used according to the invention is obtained by polymerization from one or more alkylene oxide monomers, in particular ethylene oxide and/or propylene oxide, initiated by a compound of alcohol type, in particular of polyol type, preferably by a diol compound.
  • polyalkylene glycol used according to the invention comprises hydroxyl terminal functions.
  • terminal functions within the meaning of the invention, is meant the functions located at the ends of the polymer chains.
  • said polyalkylene glycol(s) used according to the invention have a weight-average molar mass (Mw) greater than or equal to 1500 g/mol.
  • a polyalkylene glycol is distinguished from alkylene glycol oligomers having a number of monomeric units less than or equal to ten.
  • a polyalkylene glycol used according to the invention has a weight-average molar mass (Mw) of at least 2000 g. mol 1 , in particular of at least 2500 g. mol 1 , in particular of at least 3000 g. mol 1 , and more particularly between 3000 and 50 000 g. mol 1 , in particular between 5000 and 25 000 g. mol 1 , preferably between 5 000 and 15 000 g. mol 1 .
  • Mw weight-average molar mass
  • the weight average molar mass can be measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • a polyalkylene glycol used according to the invention has a kinematic viscosity measured at 100°C (KV 100), according to standard ASTM D445, of between 100 and 25,000 mm 2 /s, in particular between 150 and 15,000 mm 2 /s.
  • KV 100 kinematic viscosity measured at 100°C
  • a polyalkylene glycol used according to the invention has a kinematic viscosity measured at 40°C (KV40), according to ASTM D445, between 500 and 100,000 mm2 /s, more particularly between 1,000 and 70,000 mm2 /s.
  • KV40 kinematic viscosity measured at 40°C
  • the flash point of a polyalkylene glycol used according to the invention is preferably greater than or equal to 160°C, in particular greater than or equal to 220°C.
  • the flash point can be measured by the ISO 2592 or ASTM D92 standard.
  • a polyalkylene glycol used according to the invention has a viscosity index measured according to standard ASTM D2270, between 100 and 800, preferably between 250 and 550.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise a mixture of at least two distinct polyalkylene glycols, more particularly of at least one polyalkylene glycol of low weight average molar mass and of at least one polyalkylene glycol of high weight average molar mass.
  • said polyalkylene glycol(s) used according to the invention are biosourced.
  • a “bio-sourced” compound means a compound derived, partially or totally, from biomass, or obtained from renewable raw materials derived from biomass, in particular from plants.
  • the implementation according to the invention of one or more bio-sourced PAGs thus makes it possible to further reduce the carbon footprint of the lubricating composition according to the invention.
  • the aqueous lubricating composition contains at least 10% by weight and preferably at least 15% by weight of said polyalkylene glycol(s). Preferably, it contains from 15 to 50% by weight of said polyalkylene glycol(s), more preferably from 15 to 30% by weight and even more preferably from 16 to 20% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • said polyalkylene glycol(s) are present in an aqueous lubricating composition according to the invention in a mass ratio of the total quantity of polyalkylene glycol(s) to the quantity of water less than or equal to 0.30, in particular between 0.10 and 0.30, more particularly between 0.15 and 0.25, and in particular between 0.15 and 0.20.
  • the assembly consisting of water and said polyalkylene glycol(s) represents more than 80% of the total mass of said aqueous lubricating composition.
  • the aqueous lubricating composition used in the present invention advantageously comprises a reduced content of antifreeze additives also called antifreeze compounds, chosen from glycols, in particular alkylene glycols having from 2 to 6 carbon atoms such as monoethylene glycol and/or monopropylene glycol and oxyalkylene glycols having from 4 to 14 carbon atoms such as diethylene glycol; aliphatic monoethers of said glycols and polyhydric aliphatic alcohols such as glycerol.
  • This content is strictly less than 1% by mass, relative to the total mass of said composition.
  • Glycols are diols in which the two hydroxyl groups are carried by different carbon atoms, preferably by vicinal carbon atoms.
  • Glycol-type antifreeze additives are more particularly alkylene glycols having from 2 to 6, preferably from 2 to 4, carbon atoms, such as monoethylene glycol, monopropylene glycol and monobutylene glycol, and oxyalkylene glycols, preferably oxyethylene and oxypropylene glycols, having from 4 to 14 carbon atoms, preferably from 4 to 10 carbon atoms, such as diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol and tripropylene glycol.
  • the content of glycol-type antifreeze compound(s), for example monoethylene glycol, diethylene glycol, and/or monopropylene glycol, if present in an aqueous lubricating composition according to the invention is strictly less than 1.0% by mass, preferably less than or equal to 0.5% by mass, in particular less than or equal to 0.1% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention is completely free of glycol-type antifreeze compounds, and thus makes it possible to avoid the toxicity effects associated with these compounds.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention thus advantageously has reduced toxicity.
  • the aqueous lubricating composition used according to the invention has reduced toxicity and environmental footprint.
  • the environmental footprint associated with the production of a lubricant can be assessed according to different indicators defined by the European Union, including in particular the “climate change” indicator which is a figure for the global warming potential associated with greenhouse gas emissions, expressed in kilograms of carbon dioxide equivalent (kg CO2 eq).
  • Known antifreeze additives for aqueous lubricants may still be aliphatic monoethers of glycols as mentioned above, for example monomethyl, monoethyl, monopropyl and monobutyl ethers.
  • These may also be polyhydric aliphatic alcohols, in particular glycerol, diglycerol, triglycerol, erythritol and pentaerythritol.
  • the aqueous lubricating composition according to the invention comprises a content of antifreeze additives chosen from: glycols, aliphatic monoethers of said glycols and polyhydric aliphatic alcohols, strictly less than 1% by mass, in particular less than or equal to 0.5% by mass and more particularly less than or equal to 0.1% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention is free of such antifreeze additives.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises:
  • PAG(s) polyalkylene glycol(s)
  • Mw average molar mass
  • aqueous lubricating composition comprising a content of antifreeze additive(s) chosen from glycols, aliphatic monoethers of said glycols and polyhydric aliphatic alcohols, strictly less than 1% by mass, preferably less than or equal to 0.5% by mass, or even less than or equal to 0.1% by mass; the contents being indicated relative to the total mass of said lubricating composition.
  • composition used in the present invention may further contain one or more additional additives, other than the polyalkylene glycols as described above and the antifreeze additives defined above.
  • the said additional additive(s) are compatible with their implementation in an aqueous environment.
  • the additives are implemented in a form soluble or emulsifiable in water, for example in the form of salts or ionic liquids.
  • Such additives may be more particularly chosen from anti-foaming agents, biocides, pH regulators, corrosion inhibitors, anti-wear and/or extreme pressure additives, sequestering agents, metal passivating agents, dyes, dispersants, and mixtures thereof.
  • composition used in the invention may comprise one or more additives chosen from anti-foaming agents, extreme pressure agents, corrosion inhibitors, pH regulators, metal passivating agents, dyes, and mixtures thereof.
  • the composition may more particularly comprise from 0.1 to 20% by mass of additives, in particular from 2.0 to 15% by mass of additives, in particular from 5.0 to 13% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • composition used in the present invention may comprise at least one pH regulating additive, in particular an alkaline buffer.
  • the pH regulator advantageously makes it possible to maintain the desired pH of the lubricating composition, in particular in order to preserve an alkaline pH, advantageously between 8 and 15.
  • the said pH regulator(s) by ensuring that the pH of the aqueous lubricating composition is maintained between 8 and 15, makes it possible in particular to prevent corrosion of metal surfaces, but also to promote the solubilization of the various compounds in the lubricating composition, in particular of the polyalkylene glycol(s).
  • the pH regulator can be chosen from the amine family, in particular alkanolamines and amino alcohols.
  • This may include in particular a pH regulating additive chosen from alkanolamines, such as dimethylethanolamine (DMEA), ethanolamines, such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), isopropanolamines, such as monoisopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA), and triisopropanolamine (TIPA); diglycolamine (DGA); ethylene amines, such as ethylene diamine (EDA), diethylene triamine (DETA), triethylene tetramine (TETA), and tetraethylene pentamine (TEPA); cyclamines, such as cyclohexylamine; 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol; 2-amino-2-methyl-1-propanol; and mixtures thereof.
  • alkanolamines such as dimethylethanolamine (DMEA), ethanolamines, such as monoethanolamine (MEA), diethanol
  • the composition may in particular comprise from 0.1% to 10% by mass of pH regulating additive(s), preferably from 0.5% to 5% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • the composition used in the invention comprises at least one pH regulating additive making it possible to maintain the pH of said lubricating composition between 8 and 15, in particular between 8.5 and 14, more particularly between 9 and 13, said pH regulating additive being chosen in particular from alkanolamines, preferably ethanolamines, and more particularly from dimethylethanolamine (DMEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA) and their mixtures.
  • said pH regulating additive being chosen in particular from alkanolamines, preferably ethanolamines, and more particularly from dimethylethanolamine (DMEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA) and their mixtures.
  • composition used in the present invention may comprise at least one corrosion inhibiting agent.
  • Corrosion inhibitors advantageously make it possible to reduce or even prevent corrosion of metal parts.
  • the nature of the corrosion inhibitor(s) may be chosen with regard to the metal to be protected against corrosion, such as aluminum, steel, galvanized steel, yellow metals, for example copper or brass.
  • inorganic corrosion inhibitors nitrites, sulfites, silicates, borates, sodium, potassium, calcium or magnesium phosphates, alkali metal phosphates, hydroxides, molybdates, zinc, magnesium or nickel sulfates may be mentioned.
  • alkanolamines such as triethanolamine
  • aliphatic monocarboxylic acids in particular having from 4 to 15 carbon atoms, for example octanoic acid
  • aliphatic dicarboxylic acids having from 4 to 15 carbon atoms, for example decanedioic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid or mixtures thereof
  • polycarboxylic acids optionally neutralized by triethanolamine, such as 1,3,5-triazine-2,4,6-tri-(6-aminocaproic) acid
  • alkanoyl-carboxylic acids in particular isononanoylamidocaproic acid, and mixtures thereof.
  • Borated amides, products of the reaction of amines or amino alcohols with boric acid may also be used.
  • the corrosion inhibitor(s) are distinct from the pH regulating additive(s), in particular making it possible to maintain the pH of the composition between 8 and 15 defined above.
  • the composition may in particular comprise from 0.1% to 5% by mass of corrosion inhibitor(s), in particular as defined above, preferably from 0.5% to 4% by mass, more preferably from 1% to 2.5% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • composition used in the present invention may comprise at least one anti-wear and/or extreme pressure additive. Their function is to reduce wear and the coefficient of friction, or to prevent metal-metal contact by forming a protective film adsorbed on these surfaces.
  • anti-wear additives there are a wide variety of anti-wear additives, among which can be mentioned those chosen from phosphosulfur additives such as metal alkylthiophosphates or their salts.
  • Additives that do not provide phosphorus may also be suitable, such as, for example, polysulfides, in particular sulfur olefins.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one extreme pressure additive chosen from sulfur-containing fatty acids and dimercaptothiadiazoles, preferably implemented in their neutralized form, in particular by inorganic alkalizing agents or alkanolamines, emulsifiable or soluble in water.
  • the composition may comprise less than 0.1% by mass of extreme pressure additive of the sulfur-containing fatty acid type, in particular in a neutralized form, preferably less than 0.01% by mass, more particularly less than 0.001% by mass, relative to the total mass of the composition, or even is completely free of extreme pressure additive of the sulfur-containing fatty acid type.
  • Sulfur-containing fatty acids can contain from 8 to 22 carbon atoms, particularly from 12 to 18 carbon atoms.
  • the amount of sulfur according to ASTM D2622 provided by said sulfur-containing fatty acid(s) may be between 5% and 30% by mass, in particular between 10% and 20% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • the amount of active sulfur at 150°C according to the ASTM D 1662 standard provided by said sulfur-containing fatty acid(s) in the aqueous lubricating composition according to the invention is less than or equal to 2% by mass, in particular less than or equal to 1% by mass, more particularly less than 0.1% by mass, relative to the total mass of the lubricating composition.
  • active sulfur means the sulfur that a chemical compound is capable of yielding or releasing when this compound is placed under the conditions of ASTM D 1662.
  • ASTM D-1662 defines an active sulfur level of a compound at a given temperature as a difference expressed as a weight percentage of sulfur content before and after reaction of a sample of this sulfur compound with a given quantity of copper for a fixed time.
  • said sulfur-containing fatty acid(s) are generally implemented in an aqueous lubricating composition in their form neutralized by an alkalizing agent, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or an alkanolamine, such as monoethanolamine, triethanolamine, monoisopropanolamine, diisopropanolamine and triisopropanolamine.
  • an alkalizing agent such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or an alkanolamine, such as monoethanolamine, triethanolamine, monoisopropanolamine, diisopropanolamine and triisopropanolamine.
  • the composition may in particular comprise between 0.01% and 10% by mass of anti-wear and/or extreme pressure additive(s), preferably between 0.2% and 5% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • composition used in the present invention may comprise at least one anti-foam additive.
  • Anti-foams make it possible to prevent foaming of the lubricating fluid.
  • anti-foaming agent based on polysiloxanes or acrylate polymers.
  • the anti-foaming agent is chosen from three-dimensional siloxanes.
  • Antifoaming agents can also be polar polymers such as polymethylsiloxanes or polyacrylates.
  • the composition may comprise from 0.001% to 3.0% by weight of anti-foam additive(s), preferably from 0.005% to 1.5% by weight, more preferably from 0.01% to 1.0% by weight, relative to the total weight of the lubricating composition.
  • composition used in the present invention may comprise at least one metal passivating agent.
  • Metal passivating agents make it possible to protect metal parts by promoting the formation of metal oxide on their surface.
  • the metal passivating agents may be selected, for example, from triazole derivatives, such as tetrahydrobenzotriazole (THBTZ), tolyltriazole (TTZ), benzotriazole (BTZ), amines substituted with a triazole group, such as N,N-bis(2-ethylhexyl)-1,2,4-triazol-1-yl methanamine, N'-bis(2-ethylhexyl)-4-methyl-1H-benzotriazol-1-methylamine, N,N-bis(heptyl)-ar-methyl-1H-benzotriazol-1-methanamine, N,N-bis(nonyl)-ar-methyl-1H-benzotriazol-1-methanamine, N,N-bis(decyl)-ar-methyl-1H-benzotriazol-1-methanamine, N,N-bis(undecyl)-ar-methyl- l H-benzotriazole- 1 -methan
  • 1.3.4-thiadiazoles such as 2,5-bis(tert-octyldithio)-1,3,4-thiadiazole, 2,5-bis(tert-nonyldithio)-1,3,4-thiadiazole, 2 ,5- bis (tert- decyl dithio) - 1,3,4-thiadiazole, the 2,5-bis(tert-undecyldithio)-
  • the metal passivating agents are chosen from tetrahydrobenzotriazole (THBTZ), tolyltriazole (TTZ), benzotriazole (BTZ), and their salts, taken alone or in mixtures.
  • the composition may in particular comprise from 0.01% to 2.0% by mass of metal passivating agent(s), preferably from 0.1% to 1.0% by mass, more preferably from 0.2% to 0.8% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • composition used in the present invention may comprise one or more dyes.
  • the dyes may be natural or synthetic, generally organic.
  • the dyes that can be used in an aqueous lubricant composition can be more particularly chosen from natural or synthetic water-soluble dyes, for example the dyes FDC Red 4, DC Red 6, DC Red 22, DC Red 28, DC Red 30, DC Red 33, DC Orange 4, DC Yellow 5, DC Yellow 6, DC Yellow 8, FDC Green 3, DC Green 5, FDC Blue 1, betanin (beetroot), carmine, a chlorophyllin, methylene blue, anthocyanins (enocyanin, black carrot and hibiscus), caramel and riboflavin.
  • natural or synthetic water-soluble dyes for example the dyes FDC Red 4, DC Red 6, DC Red 22, DC Red 28, DC Red 30, DC Red 33, DC Orange 4, DC Yellow 5, DC Yellow 6, DC Yellow 8, FDC Green 3, DC Green 5, FDC Blue 1, betanin (beetroot), carmine, a chlorophyllin, methylene blue, anthocyanins (enocyanin, black carrot and hibiscus), caramel and riboflavin.
  • An aqueous lubricating composition used according to the invention may comprise between 0.01% and 2.0% by mass of colorant(s), preferably between 0.01% and 1.5% by mass, more preferably between 0.02% and 1.0% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • composition used in the present invention may comprise at least one sequestering agent.
  • Sequestering agents also called chelating agents, make it possible to limit the encrustation of metal ions in the composition.
  • sequestering agents include those derived from phosphonic acids and phosphonates, such as diethylenetriaminepentamethylphosphonic acid (DTPMPA), aminotri(methylenephosphonic acid) (ATMP), hydroxyethanediphosphonic acid (HEDP), 1,1-hydroxyethylidene-1-diphosphonate, 2-hydroxyethylaminedi(methylenephosphonic acid) (HEAMBP), diethylenetriaminopenta(methylenephosphonic acid) (DTMP), multifunctional organic acids and hydroxy acids, such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), pteroyl-L-glutamic acid (PGLU), polyorganic acids, such as maleic acid and polyaspartic acid, polysaccharides and carbohydrates, such as inulin, carboxymethylinulin and carboxymethylchitosan.
  • DTPMPA diethylenetriaminepentamethylphosphonic acid
  • ATMP aminotri(methylenephosphonic acid)
  • HEDP hydroxyethaned
  • the composition may comprise from 0.001% to 2.0% by weight of sequestering agent(s), preferably from 0.01% to 1.0% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • the composition used in the present invention may comprise at least one biocidal and/or fungicidal agent.
  • the biocides and fungicides may be used to improve the biological stability of the composition by limiting the proliferation of bacteria, fungi and yeasts in the lubricating fluid.
  • Such biocides may be selected from parabens, aldehydes, reactive acetylacetone compounds, isothiazolinones, phenolic compounds, acid salts, halogenated compounds, quaternary ammoniums, certain alcohols and their mixtures.
  • the biocides may be selected from optionally substituted benzisothiazolinones (BIT), such as N-butyl-1,2-benzisothiazolin-3-one, methylisothiazolinones (MIT), mixtures of methylisothiazolinone and chloromethylisothiazolinone (MIT/CMIT), orthophenylphenol (OPP) or its sodium salt, 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate (IPBC), chlorocresol and N,N-methylenebismorpholine (MBM); sorbic acid; preferably from orthophenylphenol (OPP) or its sodium salt, 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate, chlorocresol, benzisothiazolinones and N,N-methyleneisomorpholine.
  • BIT optionally substituted benzisothiazolinones
  • BIT optionally substituted benzisothiazolinones
  • BIT such as
  • the composition may in particular comprise between 0.01% and 10% by mass of biocide(s) and/or fungicide(s), preferably between 0.5% and 5.0% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • the composition as described above is used to lubricate the various moving parts in a motorization system, mobile or stationary, including an internal combustion engine powered by a fuel based on at least hydrogen and/or ammonia.
  • said composition is used to reduce friction between moving parts inside a hydrogen and/or ammonia internal combustion engine. It is also used to reduce wear of said parts.
  • the part(s) of the internal combustion engine lubricated by means of the aqueous lubricating composition are advantageously chosen from: pistons, segments, cylinders, connecting rods, piston pins, bearings, crankshafts, oil pumps, turbochargers, camshafts, distribution systems (including in particular cams, tappets, levers, rocker arms, oil pump).
  • the engine can be any internal combustion engine operating by combustion of hydrogen and/or ammonia. It can be a piston engine or a gas turbine. As is known per se, a gas turbine, also called a combustion turbine, is a thermodynamic rotating machine from the internal combustion engine family and which can be used for propulsion purposes, electricity production, or as a stationary engine (for example to drive pumps, compressors, etc.).
  • the internal combustion engine is a piston engine.
  • the present invention applies to any known piston engine, including on-board engines and stationary engines.
  • the invention applies in particular to marine engines, heavy goods vehicles, construction machinery or agricultural machinery such as, for example, tractors, public transport vehicles (buses, trains, etc.) as well as to engines of light vehicles such as cars, engines used in air or space propulsion (airplanes, rockets), as well as to engines used in stationary industrial applications.
  • the piston engine can be chosen in particular from compression ignition engines or diesel engines, spark ignition engines, mixed fuel engines (in English “dual fuel”).
  • the engine is a spark-ignition engine powered by hydrogen, or hydrogen engine.
  • the engine is a compression ignition engine or diesel engine fueled by ammonia, or ammonia engine.
  • a compression ignition engine or diesel engine fueled by ammonia, or ammonia engine is particularly preferred.
  • the compression ignition engine is a mixed fuel engine (also commonly called a "dual fuel” engine).
  • ammonia supplies the engine in combination with a second fuel different from ammonia, such as for example hydrogen and/or a hydrocarbon fuel, preferably a hydrocarbon fuel.
  • the hydrocarbon fuel can be chosen among fuels of petroleum origin and in particular diesel and more or less heavy fuel oils, bio-sourced fuels (in particular derived from biomass), and mixtures of these two types of fuels.
  • the hydrocarbon fuel is chosen from fuels based on heavy fuel oils (such as marine fuels), bio-sourced fuels and mixtures thereof.
  • Ammonia and the second fuel are injected in different proportions depending on the power required from the engine.
  • the second fuel is advantageously injected into the engine to initiate combustion, by auto-ignition of a mixture of air and a small quantity of fuel called pilot injection.
  • Ammonia is injected in a mixture with air to fuel the combustion.
  • the pilot injection generally represents less than 10% by mass of the total mass of fuel (ammonia and second fuel) consumed, typically of the order of 5% by mass of the total mass of fuel consumed.
  • the mixed-fuel compression-ignition engine is a marine engine, i.e. a mixed-fuel diesel engine fitted to a ship.
  • the present invention also relates to a method for lubricating moving parts in a motorization system including an internal combustion engine powered by at least one non-hydrocarbon fuel chosen from hydrogen and ammonia, comprising a step of bringing at least one of said parts into contact with a composition as defined above.
  • the invention also relates to a method of operating a mobile or stationary motorization system, including an internal combustion engine, consisting of supplying said engine with at least one non-hydrocarbon fuel chosen from hydrogen and ammonia and lubricating at least one part of said motorization system by means of an aqueous lubricating composition as defined above.
  • the engine part(s) are advantageously chosen from pistons, segments, cylinders, connecting rods, piston pins, bearings, crankshafts, oil pumps, turbochargers, camshafts, distribution systems (including in particular cams, tappets, levers, rocker arms, oil pump).
  • the engine may be any internal combustion engine, including but not limited to those described above.
  • the internal combustion engine is selected from piston engines and gas turbines (or combustion turbines).
  • the engine is a spark-ignition engine powered by hydrogen.
  • the engine is a compression ignition engine fueled by ammonia, preferably a dual fuel compression ignition engine.
  • the method of operating the engine according to the invention comprises supplying the compression ignition engine with ammonia and with another fuel other than ammonia, preferably a hydrocarbon fuel as described above.
  • compositions Two lubricating compositions were prepared: a comparative composition C and a composition I in accordance with the invention.
  • the lubricity of these two compositions was determined under the conditions of the HFRR (“High Frequency Reciprocating Rig”) test as described in ISO 12156-1 (CEC-F-06-A-96).
  • HFRR High Frequency Reciprocating Rig
  • This test consists of measuring the lubricity by measuring the wear mark produced by the contact of an oscillating ball on a fixed plate immersed in the tested composition under closely controlled conditions.
  • the lubricity is expressed by the average value of the diameter of the wear mark of the ball on the plate. The smaller the wear diameter, the higher the lubricity.
  • composition I according to the invention has excellent lubricating properties, at least equivalent to those of comparative composition C.

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Abstract

Utilisation d'une composition aqueuse pour lubrifier les parties internes d'un moteur à hydrogène ou à ammoniac La présente invention a pour objet l'utilisation pour lubrifier un système de motorisation comprenant un moteur à combustion interne alimenté par un carburant non hydrocarboné choisi parmi l'hydrogène et/ou l'ammoniac, d'une composition comprenant de l'eau, au moins 10 % massique d'un ou plusieurs polyalkylène glycol(s) de masse molaire moyenne en poids d'au moins 1500 g.mol- 1; ladite composition comprenant une teneur en additif(s) antigel choisi(s) parmi les glycols, les monoéthers aliphatiques desdits glycols et des alcools aliphatiques polyhydriques, strictement inférieure à 1% massique. L'invention a également pour objet une méthode de lubrification des pièces en mouvement dans un système de motorisation incluant un moteur à combustion interne alimenté par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l'hydrogène et l'ammoniac, comprenant une étape de mise en contact d'au moins desdites pièces avec une telle composition.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Utilisation d’une composition aqueuse pour lubrifier les parties internes d’un moteur à hydrogène ou à ammoniac
La présente invention porte sur l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse particulière pour lubrifier un système de motorisation comprenant un moteur à combustion interne alimenté par un carburant non hydrocarboné choisi parmi l’hydrogène et/ou l’ ammoniac.
La présente invention porte également sur une méthode de lubrification d’un moteur à combustion interne alimenté par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l ’hydrogène et l’ ammoniac, comprenant une étape de mise en contact d’ au moins une pièce interne du moteur avec une composition, telle que décrite ci-après.
ETAT DE L'ART ANTERIEUR
Afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre générées par la combustion de carburants à base d’hydrocarbures, la communauté internationale étudie l’utilisation de carburants alternatifs à faibles émissions de dioxyde de carbone. Dans cette perspective, l’hydrogène et l’ ammoniac sont considérés comme des solutions prometteuses notamment pour les secteurs des transports (notamment le transport maritime) et la production d’ électricité dans les turbines à gaz.
L ’hydrogène et l ’ammoniac présentent de multiples avantages, incluant de manière non limitative :
- Il s ’agit de carburants entièrement décarbonés qui peuvent être produits via différentes technologies, y compris à partir d’ électricité d’origine renouvelable ;
- Leur combustion ne génère pas d’ émissions de dioxyde de carbone CO2, de gaz soufrés (SOx), d’hydrocarbures imbrûlés, ni de particules ;
- Ils peuvent être utilisé dans des moteurs et des dispositifs de chauffage existant, moyennant quelques adaptations.
Toutefois, les moteurs à combustion interne sont généralement lubrifiés par des compositions lubrifiantes qui sont essentiellement formulées à partir d’huiles de base et d’ additifs hydrocarbonées. Les huiles de base hydrocarbonées sont issues des procédés de raffinage (pour les bases de groupes I à III selon la classification de l’API - « American Petroleum Institute ») ou de la chimie de synthèse comme les polyalphaoléfines (PAO, ou huiles de base du groupe IV selon la classification API). Les huile de base du groupe V représentent toutes les autres sources d’huiles de base non conventionnelles et sont généralement représentées par les hydrocarbures oxygénés comme les esters et les polyglycols.
Lors du fonctionnement du moteur, se produit un phénomène de combustion d’une partie du lubrifiant présent sur les pièces internes du moteur. Même si cette combustion n’ est pas désirée, elle est en pratique impossible à éviter. Dans le cas des moteurs alimentés par de l’hydrogène ou de l’ ammoniac, cette combustion partielle du lubrifiant moteur conduit à des émissions notamment de dioxyde de carbone CO2, d’hydrocarbures imbrûlés et de particules, qui sont précisément les émissions que l’on cherche à éviter avec l’ emploi de ces carburants alternatifs. Ces émissions non désirées issues du lubrifiant ont un impact négatif sur le bilan environnemental des moteurs fonctionnant à l’hydrogène ou à l’ ammoniac.
Il est donc souhaitable d’améliorer encore l’impact environnemental des moteurs alimentés par de l’hydrogène et/ou de l’ ammoniac, et notamment de diminuer les émissions indésirables incluant le CO2, les hydrocarbures imbrûlés et les particules.
On connait par ailleurs des compositions de lubrifiant formulées avec des quantités plus ou moins variables d’ eau, incluant des émulsions d’ eau et d’huiles hydrocarbonées. Ces compositions sont essentiellement destinées à être employées dans des applications de travail des métaux ou comme fluides de transmission.
Toutefois, de telles compositions n’ont pas jusqu’à présent été utilisées pour lubrifier les parties internes des moteurs à combustion, notamment en raison des risques d’ évaporation de l’ eau sous le flux thermique de la combustion, qui engendre une consommation accélérée du lubrifiant incompatible avec des intervalles de vidange classiques. De plus, il a généralement été considéré que le niveau de lubrification procuré par ces compositions aqueuses pouvait être insuffisant dans un moteur dans lequel les contraintes de frottement sont extrêmement importantes, ce qui pouvait entrainer un risque accru de casse du moteur lubrifié avec de telles compositions.
La présente invention vise à remédier aux problèmes décrits ci- avant et notamment à réduire les émissions des moteurs à combustion interne alimentés par de l’hydrogène et/ou de l’ ammoniac.
La Demanderesse a maintenant découvert que des compositions aqueuses particulières, telles que définies ci-après, permettaient de lubrifier efficacement les parties internes de ces moteurs spécifiques tout en réduisant de manière importante les émissions indésirables par rapport à l’utilisation de lubrifiants classiques formulés avec une ou plusieurs bases hydrocarbonées.
La présente invention a ainsi pour obj et l’utilisation, pour lubrifier un système de motorisation comprenant un moteur à combustion interne alimenté par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l ’hydrogène et/ou l ’ammoniac, d’une composition comprenant :
- de l’ eau;
- au moins 10 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition, d’un ou plusieurs polyalkylène glycol(s) de masse molaire moyenne en poids, Mw, d’ au moins 1500 g. mol 1 ; ladite composition présentant une teneur en additif(s) antigel choisi(s) parmi les glycols, les monoéthers aliphatiques desdits glycols et les alcools aliphatiques polyhydriques, strictement inférieure à 1 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Dans la suite du texte, on désignera par « composition lubrifiante aqueuse » une composition mise en œuvre selon l’invention telle que définie ci-dessus.
La composition lubrifiante aqueuse selon l’invention permet de lubrifier de manière très efficace les différentes pièces en mouvement dans un système de motorisation, mobile ou stationnaire, incluant un moteur à combustion interne alimenté par de l’hydrogène et/ou de l’ ammoniac, ci-après dénommé « moteur à hydrogène et/ou ammoniac ».
Par « système de motorisation » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant toutes les pièces mécaniques nécessaires à l’ application mobile ou stationnaire visée et incluant au moins un moteur à hydrogène et/ou ammoniac. Par « moteur à hydrogène et/ou ammoniac », on entend un moteur à combustion alimenté par un carburant à base d’hydrogène et/ou d’ ammoniac. Il peut s ’agir en particulier d’un moteur fonctionnant uniquement à l’hydrogène (moteur à hydrogène), d’un moteur fonctionnant uniquement à l’ammoniac (moteur à ammoniac), d’un moteur fonctionnant avec un mélange hydrogène, ammoniac ou d’un moteur fonctionnant à l’ ammoniac et au gazole (moteur dual fuel ammoniac/gazole).
Un système de motorisation « stationnaire » au sens de l’invention est un système de motorisation incluant un moteur stationnaire, en particulier un moteur à hydrogène. Il peut trouver par exemple des applications dans des dispositifs de production d’ énergie électrique.
Un système de motorisation « mobile » est plus particulièrement un système de motorisation mis en œuvre dans des véhicules, incluant les véhicules légers, les véhicules poids-lourds, les machines mobiles dites « off road », les véhicules de compétition, les véhicules ferroviaires, ou encore les véhicules marins.
Un système de motorisation mobile peut être ainsi un système de propulsion d’un véhicule.
Par « système de propulsion » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant les pièces mécaniques nécessaires à la propulsion d’un véhicule. Le système de propulsion englobe plus particulièrement au moins un moteur à hydrogène et/ou ammoniac.
La mise en œuvre des compositions lubrifiantes aqueuses selon l’invention s’ avère particulièrement avantageuse à plusieurs titres.
Tout d’ abord, les moteurs à hydrogène et/ou ammoniac présentent la particularité d’ émettre des quantités importantes de vapeur d’ eau lors de la combustion ce qui, lorsque le moteur contient une composition lubrifiante à base hydrocarbonée, peut conduire à des problèmes d’ émulsification de la composition lubrifiante, entrainant une dégradation de ses propriétés et notamment son pouvoir lubrifiant. L’utilisation d’une composition telle que définie ci-avant, à base aqueuse, permet d’ éviter ce phénomène d’ émulsification du lubrifiant.
De plus, dans les moteurs à hydrogène et/ou ammoniac lubrifiés par une composition lubrifiante traditionnelle à base hydrocarbonée, les gouttelettes de lubrifiant dans la chambre de lubrifiant peuvent créer localement des points chauds, pouvant entrainer l’inflammation prématurée du mélange air/carburant, et donc à un phénomène de combustion anormale connu sous le nom de pré-allumage. Or, il est préférable de réduire voire de supprimer ce phénomène de combustion anormale, notamment de pré-allumage car cela se traduit généralement par la présence d'une forte augmentation des températures et des pressions dans la chambre de combustion, et ainsi avoir un impact négatif significatif sur l’efficacité et les performances globales du moteur, voire endommager celui-ci.
Avantageusement, ces phénomènes de combustion anormale ne se produisent pas avec l’utilisation de la composition lubrifiante selon l’invention, à base aqueuse.
En outre, la composition telle que définie ci-avant s’ est avérée, de manière inattendue, présenter un excellent pouvoir lubrifiant dans les conditions de fonctionnement des moteurs à combustions alimentés par de l’hydrogène et/ou de l’ ammoniac, supérieur à leur pouvoir lubrifiant dans des moteurs à combustion alimentés par des carburants hydrocarbonés.
Enfin, par rapport à l’utilisation d’une composition lubrifiante traditionnelle à base hydrocarbonée, la lubrification des systèmes de motorisation à hydrogène et/ou ammoniac avec une composition telle que définie ci-avant permet de réduire encore les émissions de CO2, d’hydrocarbures imbrûlés et de particules, ce qui améliore encore plus l’impact environnemental de ces systèmes de motorisation.
La présente invention a également pour objet un procédé ou une méthode de lubrification des pièces en mouvement dans un système de motorisation incluant un moteur à combustion interne alimenté par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l’hydrogène et/ou l’ ammoniac, comprenant une étape de mise en contact d’ au moins une pièce dudit système de motorisation avec une composition telle que définie ci-avant.
L ’invention a également pour objet une méthode de fonctionnement d’un système de motorisation, mobile ou stationnaire, incluant un moteur à combustion interne, consistant à alimenter ledit moteur par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l’hydrogène et l’ ammoniac et à lubrifier au moins une pièce dudit système de motorisation avec une composition lubrifiante aqueuse telle que définie ci-avant.
La présente invention a également pour objet une méthode de fonctionnement d’un système de motorisation, mobile ou stationnaire, incluant un moteur à combustion interne alimenté par au moins un carburant choisi parmi l’hydrogène et/ou l’ ammoniac, consistant à lubrifier au moins une pièce dudit système de motorisation avec une composition telle que définie ci-avant.
D ’ autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de l’invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description qui suit.
Dans ce qui va suivre, et à moins d’une autre indication, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans les expressions « compris entre » et « allant de ... à . .. » .
Par ailleurs, les expressions « au moins un » et « au moins » utilisées dans la présente description sont respectivement équivalentes aux expressions « un ou plusieurs » et « supérieur ou égal ».
Enfin, de manière connue en soi, on désigne par composé ou groupe en CN un composé ou un groupe contenant dans sa structure chimique N atomes de carbone.
DESCRIPTION DETAILLEE
La composition lubrifiante aqueuse
La composition lubrifiante aqueuse selon la présente invention comprend de l’ eau. En particulier, l’ eau est présente à titre de solvant majoritaire, autrement dit en plus grande quantité que tout autre solvant éventuellement présent dans la composition.
La composition lubrifiante utilisée dans la présente invention comprend avantageusement au moins 15% massique d’eau, en particulier de 15 à 85% massique d’ eau, par rapport à la masse totale de la composition.
De préférence, la teneur en eau va de 20 à 80% en masse, plus préférentiellement de 30 à 70% en masse, et mieux encore de 40 à 60% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
Selon un mode de réalisation particulier, l’ eau mise en œuvre dans ladite composition est une eau osmosée ou déminéralisée, plus préférentiellement une eau déionisée.
Par « eau osmosée », on désigne de l’ eau ayant subi une purification, notamment par un procédé d’osmose inverse, qui permet de réduire la teneur en composés organiques et/ou minéraux, par exemple à une teneur inférieure à 5 ,0 % en poids, de préférence inférieure à 1 ,0 % en poids. Dans la présente description, les expressions « eau déminéralisée » ou encore « eau ultrapure » sont considérées comme équivalentes ou synonymes de l’ expression « eau osmosée ». En particulier, l’ eau osmosée peut être une « eau déionisée », autrement dit une eau ayant subi une purification afin de réduire la teneur en ions, tels que les ions Ca2+ et HCOs’ généralement présents dans l’ eau. De préférence une eau déionisée ne comprend pas d’ions.
Selon un mode de réalisation préféré, la composition utilisée dans l’invention est monophasique, c ’ est-à-dire qu’elle est constituée d’une seule phase aqueuse. En particulier dans ce mode de réalisation, la composition n’ est pas une émulsion telle qu’une émulsion huile-dans- eau ou une émulsion eau-dans huile.
Dans ce mode de réalisation, la composition ne comprend pas de composés insolubles dans l’ eau, et notamment pas d’hydrocarbures insolubles dans l’ eau incluant les huiles de base non solubles dans l’ eau.
Par « huile non soluble dans l ’eau », on entend notamment une huile qui ne se dissout substantiellement pas dans l’ eau à température ambiante (25°C). En particulier, une huile non soluble dans l’ eau présente une solubilité dans l’ eau inférieure à 0,2 g/L, à 25°C .
Avantageusement, dans ce mode de réalisation la composition ne comprend pas d’huile de base lubrifiante appartenant aux groupes I à IV selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL).
La présence d’hydrocarbures insolubles dans l’ eau, même si elle n’ est pas souhaitée, est néanmoins tolérée dans le cadre de l’invention car elle peut provenir d’une migration de composés résiduels sur les pièces du moteur provenant par exemple d’un précédent lubrifiant hydrocarboné employé dans le moteur.
De préférence, la composition employée dans la présente invention comprend moins de 2% en masse d’hydrocarbures insolubles dans l’ eau, plus préférentiellement moins de 1 % en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
Plus préférentiellement, la composition comprend moins de 2% en masse d’huile de base lubrifiante insoluble dans l ’ eau et mieux encore moins de 1 % en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
Avantageusement, ladite composition est totalement exempte d’huile non soluble dans l’ eau.
La composition utilisée dans la présente invention présente avantageusement une viscosité cinématique, mesurée à 40°C selon la norme ASTM D445 , comprise entre 20 mm2/s et 1000 mm2/s, de préférence entre 25 mm2/s et 100 mm2/s.
De manière avantageuse, ladite composition présente un indice de viscosité compris dans la gamme allant de 100 à 350, de préférence de 150 à 300.
Les polyalkylène glycols
La composition utilisée dans la présente invention contient un ou plusieurs polyalkylène glycols. Les polyalkylène glycols (notés « PAG ») sont plus particulièrement choisis parmi les polyalkylène glycols solubles dans l’ eau ou hydrosolubles.
Par « soluble dans l’ eau » on entend désigner un polyalkylène glycol ayant une solubilité dans l’ eau d’ au moins 10 g/L, de préférence d’ au moins 500 g/L, dans l ’eau à température ambiante (environ 25 °C).
De préférence, le ou lesdits polyalkylène glycols mis en œuvre selon l’invention sont choisis parmi les polyalkylène glycols présentant un point trouble (dit « Cloud point » en anglais), autrement dit ayant la propriété de démixtion inverse (ou « inverse solubility » en anglais).
La propriété de démixtion inverse caractérise la propriété de certains polyalkylène glycols à être solubles dans l ’eau jusqu’ à une température au-delà de laquelle ils deviennent insolubles. Cette turbidité ou « cloudiness » indique une séparation de phase avec l’ eau, ce qui résulte en un dépôt dudit polyalkylène glycol sur les surfaces en contact avec le lubrifiant.
La température, à laquelle la turbidité et l’insolubilité se produisent, est appelée le point trouble du polyalkylène glycol. Le point trouble peut être par exemple déterminé selon les normes ASTM D 2024 ou DIN EN 1890, généralement pour un mélange de polyalkylène glycol à 1 % massique dans l’ eau.
De préférence, le ou lesdits polyalkylène glycols mis en œuvre selon l’invention présentent un point trouble supérieur ou égal à 70°C.
Les propriétés de solubilité dans l’ eau et de démixtion inverse du ou desdits polyalkylène glycols mis en œuvre selon l’invention permettent avantageusement d’ accroître les propriétés de lubrification.
Avantageusement, un polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention comprend au moins 50 % massique, en particulier au moins 80 % massique, plus préférentiellement au moins 90 % massique, voire d’ au moins 95% massique d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’ éthylène. En particulier, les polyalkylène glycols mis en œuvre selon l’invention sont constitués d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’ éthylène.
De préférence, le polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention peut être un copolymère, en particulier statistique, d’oxyde d’ éthylène (OE) et d’oxyde de propylène (OP). En particulier, les unités oxyde d’ éthylène (OE) et oxyde de propylène (OP) sont présentes dans le copolymère dans un rapport massique OE/OP compris entre 50/50 et 90/10, en particulier entre 60/40 et 85/15 , et plus particulièrement entre 70/30 et 80/20.
De préférence, le polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention est obtenu par polymérisation à partir d’un ou plusieurs monomères oxydes d’ alkylène, notamment oxyde d’ éthylène et/ou oxyde de propylène, initiée par un composé de type alcool, notamment de type polyol, de préférence par un composé diol.
En particulier, le polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention comporte des fonctions terminales hydroxyles. Par « fonctions terminales », au sens de l’invention, on entend les fonctions situées aux extrémités des chaînes polymériques.
Comme indiqué précédemment, le ou lesdits polyalkylène glycols mis en œuvre selon l’invention présentent une masse molaire moyenne en poids (Mw) supérieure ou égale à 1500 g/mol.
En particulier, un polyalkylène glycol se distingue des oligomères d’ alkylène glycol présentant un nombre d’unités monomériques inférieur ou égal à dix.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention présente une masse molaire moyenne en poids (Mw) d’ au moins 2000 g. mol 1 , en particulier d’ au moins 2500 g. mol 1 , notamment d’ au moins 3000 g. mol 1 , et plus particulièrement comprise entre 3000 et 50 000 g. mol 1 , en particulier entre 5000 et 25 000 g. mol 1 , de préférence entre 5 000 et 15 000 g. mol 1.
La masse molaire moyenne en poids peut être mesurée par chromatographie à perméation de gel (GPC).
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention présente une viscosité cinématique mesurée à 100 °C (KV 100), selon la norme ASTM D445 , comprise entre 100 et 25 000 mm2/s, en particulier entre 150 et 15 000 mm2/s.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention présente une viscosité cinématique mesurée à 40 °C (KV40), selon la norme ASTM D445 , comprise entre 500 et 100 000 mm2/s, plus particulièrement entre 1 000 et 70 000 mm2/s.
Le point éclair d’un polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention est de préférence supérieur ou égal à 160 °C, en particulier supérieur ou égal à 220 °C . Le point éclair peut être mesuré par la norme ISO 2592 ou ASTM D92.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre selon l’invention présente un indice de viscosité mesuré selon la norme ASTM D2270, compris entre 100 et 800, de préférence entre 250 et 550.
Il est entendu qu’un unique polyalkylène glycol ou un mélange de plusieurs polyalkylène glycols différents, en particulier tels que décrit précédemment, peuvent être mis en œuvre selon l’invention.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un mélange d’ au moins deux polyalkylène glycols distincts, plus particulièrement d’ au moins un polyalkylène glycol de faible masse molaire moyenne en poids et d’ au moins un polyalkylène glycol de haute masse molaire moyenne en poids.
Il relève des compétences générales de l’homme du métier d’ ajuster la nature et la teneur en polyalkylène glycols de faible et haute masse molaire moyenne en poids du mélange de polyalkylène glycols, au regard notamment de la viscosité visée pour la composition lubrifiante finale.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le ou lesdits polyalkylène glycol(s) mis en œuvre selon l’invention sont biosourcé(s).
Au sens de l ’invention, un composé « biosourcé » s ’ entend d’un composé issu, partiellement ou totalement, de la biomasse, ou obtenu à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse, en particulier à partir de végétaux.
De manière avantageuse, la mise en œuvre selon l’invention d’un ou plusieurs PAG biosourcés permet ainsi de réduire encore l’ empreinte carbone de la composition lubrifiante selon l’invention. La composition lubrifiante aqueuse contient au moins 10% en masse et de préférence au moins 15% en masse dudit ou desdits polyalkylène glycol(s). De préférence, elle contient de 15 à 50% en masse dudit ou desdits polyalkylène glycol(s), plus préférentiellement de 15 à 30% en masse et plus préférentiellement encore de 16 à 20% en masse, par rapport à la masse totale de la composition
Dans un mode de réalisation particulier, le ou lesdits polyalkylène glycol(s) sont présents dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention dans un rapport massique de la quantité totale de polyalkylène glycol(s) sur la quantité d’eau inférieur ou égal à 0,30, en particulier compris entre 0, 10 et 0,30, plus particulièrement entre 0, 15 et 0,25 , et notamment entre 0, 15 et 0,20.
Selon un mode de réalisation particulier, l’ ensemble constitué par l’ eau et le ou lesdits polyalkylène glycol(s) représente plus de 80% de la masse totale de ladite composition lubrifiante aqueuse.
Les additifs antigel
La composition lubrifiante aqueuse utilisée dans la présente invention comprend avantageusement une teneur réduite en additifs antigel encore appelés composés antigel, choisi(s) parmi les glycols, notamment les alkylène glycols ayant de 2 à 6 atomes de carbone tels que le monoéthylène glycol et/ou le monopropylène glycol et les oxyalkylène glycols ayant de 4 à 14 atomes de carbone tel que le diéthylène glycol ; les monoéthers aliphatiques desdits glycols et les alcools aliphatiques polyhydriques tel que le glycérol. Cette teneur est strictement inférieure à 1 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
Les glycols sont des diols dans lesquels les deux groupes hydroxyle sont portés par des atomes différents de carbone, de préférence par des atomes de carbone vicinaux. Les additifs antigel de type glycol sont plus particulièrement des alkylène glycols ayant de 2 à 6, de préférence de 2 à 4, atomes de carbone, tels que le monoéthylène glycol, le monopropylène glycol et le monobutylène glycol, et des oxyalkylène glycols, de préférence des oxyéthylène et oxypropylène glycols, ayant de 4 à 14 atomes de carbone, de préférence de 4 à 10 atomes de carbones, tels que le diéthylène glycol, le dipropylène glycol, le triéthylène glycol, le tétraéthylène glycol et le tripropylène glycol.
De préférence, la teneur en composé(s) antigel de type glycol, par exemple en monoéthylène glycol, diéthylène glycol, et/ou monopropylène glycol, si présent(s) dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, est strictement inférieure à 1 ,0% massique, de préférence inférieure ou égale à 0,5 % massique, en particulier inférieure ou égale à 0, 1 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Avantageusement, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est totalement exempte de composé antigel de type glycol, et permet ainsi de s ’affranchir des effets de toxicité associés à ces composés. Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente ainsi avantageusement une toxicité réduite.
De manière avantageuse, en comprenant une quantité réduite, voire en étant dépourvu d’ additifs antigels de type glycol, la composition lubrifiante aqueuse mise en œuvre selon l’invention présente une toxicité et une empreinte environnementale réduites.
L ’ empreinte environnementale associée à la production d’un lubrifiant peut être évaluée selon différents indicateurs définis par l’Union Européenne, dont notamment l’indicateur « changement climatique » qui est une donnée du potentiel de réchauffement global associé à l’ émission de gaz à effet de serre, exprimé en équivalent de kilogrammes de dioxyde de carbone (kg CO2 eq).
Des additifs antigels connus pour les lubrifiants aqueux peuvent encore être des monoéthers aliphatiques des glycols tels que cités précédemment, par exemple des éthers monométhyliques, monoéthyliques, monopropyliques et monobutyliques.
Il peut encore s ’agir d’ alcools aliphatiques polyhydriques, en particulier du glycérol, diglycérol, triglycérol, érythritol et pentaérythritol.
En particulier, la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend une teneur en additifs antigel choisis parmi les glycols, les monoéthers aliphatiques desdits glycols et les alcools aliphatiques polyhydriques, strictement inférieure à 1 % massique, en particulier inférieure ou égale à 0,5 % massique et plus particulièrement inférieure ou égale à 0, 1 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Selon un mode de réalisation, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est exempte de tels additifs antigel.
Dans un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend :
- au moins 15% massique, en particulier au moins 30% massique et plus particulièrement de 30% à 85% massique, d’ eau, de préférence d’ eau déionisée ;
- au moins 15% massique, en particulier de 15% à 50% massique, plus particulièrement de 15 % à 30% massique, d’un ou plusieurs polyalkylène glycol(s) (PAG(s)) de masse molaire moyenne, Mw, d’ au moins 1500 g. mol 1 ; le rapport massique de la quantité totale de polyalkylène glycol(s) sur la quantité d’ eau étant inférieur ou égal à 0,30, en particulier compris entre 0, 10 et 0,30, plus particulièrement compris entre 0, 15 et 0,25 , et notamment entre 0, 15 et 0,20 ; ladite composition lubrifiante aqueuse comprenant une teneur en additifs(s) antigel choisi(s) parmi les glycols, les monoéthers aliphatiques desdits glycols et les alcools aliphatiques polyhydriques, strictement inférieure à 1 % massique, de préférence inférieure ou égale à 0,5 % massique, voire inférieure ou égale à 0, 1 % massique ; les teneurs étant indiquées par rapport à la masse totale de ladite composition lubrifiante.
Les additifs additionnels
La composition utilisée dans la présente invention peut contenir en outre un ou plusieurs additifs additionnels, différents des polyalkylène glycols tels que décrits ci-avant et des additifs antigel définis ci-avant.
Il est entendu que le ou lesdits additifs additionnels sont compatibles avec leur mise en œuvre en milieu aqueux. Avantageusement, les additifs sont mis en œuvre sous une forme soluble ou émulsionnable dans l’eau, par exemple sous la forme de sels ou de liquides ioniques.
De tels additifs peuvent être plus particulièrement choisis parmi des agents anti-mousse, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, et leurs mélanges.
Avantageusement, la composition utilisée dans l’invention peut comprendre un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents antimousse, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, et leurs mélanges.
La composition peut comprendre plus particulièrement de 0, 1 à 20% massique d’ additifs, en particulier de 2,0 à 15% massique d’ additifs, notamment de 5 ,0 à 13 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Régulateurs de pH
La composition utilisée dans la présente invention peut comprendre au moins un additif régulateur de pH, en particulier un tampon alcalin. Le régulateur de pH permet avantageusement de maintenir le pH souhaité de la composition lubrifiante, en particulier afin de préserver un pH alcalin, avantageusement compris entre 8 et 15.
Le ou lesdits régulateurs de pH, en assurant un maintien du pH de la composition lubrifiante aqueuse entre 8 et 15 , permettent notamment de prévenir une corrosion des surfaces métalliques, mais également de favoriser la solubilisation des différents composés dans la composition lubrifiante, en particulier du ou des polyalkylène glycol(s).
Le régulateur de pH peut être choisi dans la famille des amines, en particulier des alcanolamines et des alcools aminés.
Il peut s’ agir notamment d’un additif régulateur de pH choisi parmi les alcanolamines, telle que la diméthyléthanolamine (DMEA), les éthanolamines, telles que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA), la triéthanolamine (TEA), les isopropanolamines, telles que la mono-isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA) et la triisopropanolamine (TIPA) ; la diglycolamine (DGA) ; les éthylène amines, telles que l’éthylène diamine (EDA), la diéthylène triamine (DETA), la triéthylène tétramine (TETA) et la tétraéthylène pentamine (TEPA) ; les cyclamines, tels que la cyclohexylamine ; le 2-amino-2-éthyle- 1 ,3-propanediol ; le 2-amino- 2-méthyle- 1 -propanol ; et leurs mélanges.
La composition peut notamment comprendre de 0, 1 % à 10 % massique d’ additif(s) régulateur(s) de pH, de préférence de 0,5 % à 5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Avantageusement, la composition utilisée dans l’invention comprend au moins un additif régulateur de pH permettant de maintenir le pH de ladite composition lubrifiante entre 8 et 15 , en particulier entre 8,5 et 14, plus particulièrement entre 9 et 13 , ledit additif régulateur de pH étant notamment choisi parmi les alcanolamines, de préférence les éthanolamines, et plus particulièrement parmi la diméthyléthanolamine (DMEA), la triéthanolamine (TEA), la diglycolamine (DGA) et leurs mélanges.
Inhibiteurs de corrosion
La composition utilisée dans la présente invention peut comprendre au moins un agent inhibiteur de corrosion. Les inhibiteurs de corrosion permettent avantageusement de réduire voire d’ empêcher la corrosion des pièces métalliques. La nature du ou des inhibiteurs de corrosion peut être choisie au regard du métal à protéger contre la corrosion, tel que l’ aluminium, l’ acier, l’ acier galvanisé, les métaux jaunes, par exemple le cuivre ou le laiton.
Parmi les inhibiteurs de corrosion inorganiques peuvent être cités les nitrites, les sulfites, les silicates, les borates, les phosphates de sodium, potassium, calcium ou magnésium, les phosphates de métaux alcalins, les hydroxydes, les molybdates, les sulfates de zinc, de magnésium ou de nickel.
Parmi les inhibiteurs de corrosion organiques peuvent être cités les alcanolamines, telle que la triéthanolamine, les acides aliphatiques monocarboxyliques, en particulier ayant de 4 à 15 atomes de carbone, par exemple l’ acide octanoïque, les acides aliphatiques dicarboxyliques ayant de 4 à 15 atomes de carbone, par exemple l ’acide décane dioïque, l’ acide undécane dioïque, l’acide dodécane dioïque ou leurs mélanges, les acides polycarboxyliques éventuellement neutralisés par la triéthanolamine, tel que l’ acide 1 ,3 ,5-triazine-2,4,6-tri-(6- aminocaproïque), les acides alcanoylamidocarboxyliques, en particulier l’ acide isononanoylamidocaproïque, et leurs mélanges. Les amides boratés, produits de la réaction d’ amines ou d’ amino-alcools avec de l’ acide borique, peuvent également être utilisés.
De préférence, le ou les inhibiteur(s) de corrosion sont distincts du ou des additifs régulateurs de pH, en particulier permettant de maintenir le pH de la composition entre 8 et 15 définis précédemment.
La composition peut notamment comprendre de 0, 1 % à 5 % massique d’inhibiteur(s) de corrosion, en particulier tels que définis ci- dessus, de préférence de 0,5 % à 4 % massique, plus préférentiellement de 1 % à 2,5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Additif anti-usure/extrême-pression
La composition utilisée dans la présente invention peut comprendre au moins un additif anti-usure et/ou extrême-pression. Leur fonction est de réduire l ’usure et le coefficient de friction, ou encore d’ empêcher le contact métal-métal par formation d’un film protecteur adsorbé sur ces surfaces.
Il existe une grande variété d’additifs anti-usure, parmi lesquels peuvent être cités ceux choisis parmi les additifs phosphosoufrés comme les alkylthiophosphates métalliques ou leurs sels.
Des additifs n’ apportant pas de phosphore peuvent également convenir, tels que, par exemple, les polysulfures, notamment les oléfines soufrées.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif extrême-pression choisis parmi les acides gras soufrés et les dimercaptothiadiazoles, de préférence mis en œuvre sous leur forme neutralisée, en particulier par des agents alcalinisant inorganiques ou alcanolamines, émulsionnable ou soluble dans l’ eau. La composition peut comprendre moins de 0, 1 % massique d’ additif extrême-pression de type acide gras soufré, en particulier sous une forme neutralisée, de préférence moins de 0,01 % massique, plus particulièrement moins de 0,001 % massique, par rapport à la masse totale de la composition, voire est totalement exempte d’ additif extrême-pression de type acide gras soufré.
Les acides gras soufrés peuvent comprendre de 8 à 22 atomes de carbone, en particulier de 12 à 18 atomes de carbone.
La quantité de soufre selon la norme ASTM D2622 apportée par le ou lesdits acides gras soufrés peut être comprise entre 5 % et 30 % massique, en particulier entre 10 % et 20 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
De préférence, la quantité de soufre actif à 150°C selon la norme ASTM D 1662 apportée par le ou lesdits acides gras soufrés dans la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est inférieure ou égale à 2 % massique, en particulier inférieure ou égale à 1 % massique, plus particulièrement inférieure à 0, 1 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
On entend par « soufre actif » au sens de la présente invention, le soufre qu’un composé chimique est capable de céder ou de libérer lorsqu’on place ce composé dans les conditions de la norme ASTM D 1662. La norme ASTM D- 1662 définit un taux de soufre actif d’un composé à une température donnée comme une différence exprimée en pourcentage pondéral de teneur en soufre avant et après réaction d’un échantillon de ce composés soufré avec une quantité donnée de cuivre pendant un temps fixe.
Comme indiqué précédemment, le ou lesdits acides gras soufrés sont généralement mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse sous leur forme neutralisée par un agent alcalinisant, tel que l’hydroxyde sodium, l’hydroxyde de potassium, ou une alcanolamine, telles que la monoéthanolamine, la triéthanolamine, la monoisopropanolamine, la diisopropanolamine et la triisopropano lamine.
La composition peut notamment comprendre entre 0,01 % et 10 % massique d’ additif(s) anti-usure et/ou extrême-pression, de préférence entre 0,2% et 5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Anti-mousse
La composition utilisée dans la présente invention peut comprendre au moins un additif anti-mousse. Les anti-mousses permettent d’ empêcher le moussage du fluide lubrifiant.
Il peut s’ agir par exemple d’un agent anti-mousse à base de polysiloxanes ou de polymères acrylates. De préférence, l ’agent antimousse est choisi parmi les siloxanes tri-dimensionnels.
Les agents anti-mousses peuvent également être des polymères polaires tels que les polyméthylsiloxanes ou les polyacrylates.
La composition peut comprendre de 0,001 % à 3 ,0 % massique d’ additif(s) anti-mousse, de préférence de 0,005 % à 1 ,5 % massique, plus préférentiellement de 0,01 % à 1 ,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
Agents passivant les métaux
La composition utilisée dans la présente invention peut comprendre au moins un agent passivant les métaux. Les agents passivant les métaux permettent de protéger les pièces métalliques en favorisant la formation d’oxyde métallique à leur surface.
Les agents passivant les métaux peuvent être par exemple choisis parmi des dérivés du triazole, tels que le tétrahydrobenzotriazole (THBTZ), le tolyltryazole (TTZ), le benzotriazole (BTZ), les amines substituées par un groupe triazole, tels que la N,N-bis(2-éthylhexyl)- 1 ,2,4-triazol- 1 -yl méthanamine, la N'-bis(2 éthylhexyl)-4-méthyl- l H- benzotriazol- 1 -méthyl-amine, la N,N-bis(heptyl)-ar-methyl- l H- benzotriazole- 1 -méthanamine, N,N-bis(nonyl)-ar-methyl- l H- benzotriazole- 1 -méthanamine, N,N-bis(décyl)-ar-méthyl- l H- benzotriazole- 1 -méthanamine, N,N-bis(undécyl)-ar-méthyl- l H- benzotriazole- 1 -méthanamine, N,N-bis(dodécyl)-ar-méthyl- 1 H- benzotriazole- 1 -méthanamine, N, -bis(2-éthylhexyl)-ar-méthyl- l H- benzotriazole- 1 -méthanamine, les 1 , !,4-triazoles, les benzimidazoles, les 2-alkyldithiobenzimidazoles, les -alkyldithiobenzothiazoles, les 2- (N, N-dialkyldithiocarbamoyl)benzothiazoles, les 2,5 -bis(alkyldithio)-
1 .3.4-thiadiazoles, tels que le 2,5-bis(tert-octyldithio)- l ,3 ,4- thiadiazole, le 2,5 -bis(tert-nonyldithio)- l ,3 ,4-thiadiazole, le 2,5- bis(tert- decyl dithio) - 1 ,3 ,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-undecyldithio)-
1 .3.4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-dodecyldithio)- l ,3 ,4-thiadiazole, le
2.5 -bis(tert-tridecyldithio) - 1 ,3 ,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert- tetradecyldithio) - 1 ,3 ,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-pentadecyldithio)- 1 ,3 ,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-hexadecyldithio)- l ,3 ,4-thiadiazole, le
2.5 -bis(tert-heptadecyldithio) - 1 ,3 ,4-thiadiazole, le 2,5 -bis(tert- octadecyldithio)- l ,3 ,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-nonadecyldithio)- 1 ,3 ,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-eicosyldithio)- l ,3 ,4-thiadiazole, les
2.5-bis(N,N-dialkyldithiocarbamoyl)- l ,3 ,4-thiadiazoles, les 2- alkyldithio-5-mercaptothiadiazoles, et leurs mélanges.
De préférence les agents passivant les métaux sont choisis parmi le tétrahydrobenzotriazole (THBTZ), le tolyltriazole (TTZ), le benzotriazole (BTZ), et leurs sels, pris seuls ou en mélanges.
La composition peut notamment comprendre de 0,01 % à 2,0 % massique d’ agent(s) passivant les métaux, de préférence de 0, 1 % à 1 ,0 % massique, plus préférentiellement de 0,2 % à 0,8 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Colorants
La composition utilisée dans la présente invention peut comprendre un ou plusieurs colorants. Les colorants peuvent être naturels ou synthétiques, généralement organiques.
Les colorants pouvant être mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse peuvent être plus particulièrement choisis parmi des colorants hydrosolubles naturels ou synthétiques, par exemple les colorants FDC Red 4, DC Red 6, DC Red 22, DC Red 28, DC Red 30, DC Red 33 , DC Orange 4, DC Yellow 5 , DC Yellow 6, DC Yellow 8 , FDC Green 3 , DC Green 5 , FDC Blue 1 , la bétanine (betterave), le carmin, une chlorophylline, le bleu de méthylène, les anthocyanes (enocianine, carotte noire et hibiscus), le caramel et la riboflavine.
Une composition lubrifiante aqueuse mise en œuvre selon l’invention peut comprendre entre 0,01 % et 2,0 % massique de colorant(s), de préférence entre 0,01 % et 1 ,5 % massique, plus préférentiellement entre 0,02 % et 1 ,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Agents séquestrant
La composition utilisée dans la présente invention peut comprendre au moins un agent séquestrant. Les agents séquestrant, encore appelés agents chélatant, permettent de limiter l’incrustation d’ion métalliques dans la composition.
A titre d’ exemples d’ agents séquestrant, on peut citer ceux dérivés d’ acides phosphoniques et des phosphonates, tels que l’ acide diéthylènetriaminepentaméthyle phosphonique (DTPMPA), l ’acide amino tri(méthylène phosphonique) (ATMP), l’ acide hydroxyéthane- diphosphonique (HEDP), le 1 , 1 -diphosphonate de 1 -hydroxyléthylidène, l’ acide de 2-hydroxyéthylamine di(méthylène phosphonique) (HEAMBP), l’ acide diéthylène triamino penta(méthylène phosphonique) (DTMP), les acides organiques multifonctionnels et les acide hydroxylés, tels que l’ acide éthylène diamine tétra-acétique (EDTA), l’ acide pteroyl-L-glutamique (PGLU), les polyacides organiques, tels que l’ acide maléique et l’ acide polyaspartique, les polysaccharides et les carbohydrates, tels que l’inuline, la carboxyméthylinuline et le carboxyméthylchitosane.
La composition peut comprendre de 0,001 % à 2,0 % massique d’ agent(s) séquestrant, de préférence de 0,01 % à 1 ,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Biocides et fongicides
La composition utilisée dans la présente invention peut comprendre au moins un agent biocide et/ou fongicide. Les biocides et fongicides peuvent être utilisés pour améliorer la stabilité biologique de la composition en limitant la prolifération des bactéries, champignons et levures dans le fluide lubrifiant.
De tels biocides peuvent être choisis parmi les parabènes, les aldéhydes, les composés acétylacétone réactifs, les isothiazolinones, les composés phénoliques, les sels d’ acides, les composés halogénés, les ammoniums quaternaires, certains alcools et leurs mélanges.
De préférence, les biocides peuvent être choisis parmi les benzisothiazolinones (BIT) éventuellement substituées, telle que la N- butyl- 1 ,2-benzisothiazolin-3-one, les méthylisothiazolinones (MIT), les mélanges de méthylisothiazolinone et de chlorométhylisothiazolinone (MIT/CMIT), l’orthophényl-phénol (OPP) ou son sel de sodium, le 3- iodo-2-propynylbutylcarbamate (IPBC), le chloro-crésol et la N,N- méthylène-bis-morpholine (MBM) ; l’ acide sorbique ; de préférence parmi l ’orthophényl-phénol (OPP) ou son sel sodium, le 3-iodo-2- propynylbutylcarbamate, le chloro-cresol, les benzisothiazolinones et la N,N-méthylène-isomorpholine.
La composition peut notamment comprendre entre 0,01 % et 10 % massique de biocide(s) et/ou fongicide(s), de préférence entre 0,5 % et 5 ,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
L ’utilisation
Selon la présente invention, la composition telle que décrite ci-avant est utilisée pour lubrifier les différentes pièces en mouvement dans un système de motorisation, mobile ou stationnaire, incluant un moteur à combustion interne alimenté par un carburant à base au moins d’hydrogène et/ou d’ ammoniac.
De manière avantageuse, ladite composition est utilisée pour réduire les frottements entre les pièces en mouvement à l ’intérieur d’un moteur à combustion interne à hydrogène et/ou à ammoniac. Elle est également utilisée pour réduire l’usure desdites pièces. La ou les pièces du moteur à combustion interne lubrifiées au moyen de la composition lubrifiante aqueuse sont avantageusement choisies parmi : les pistons, les segments, les cylindres, les bielles, les axes de piston, les coussinets, les vilebrequins, les pompes à huile, les turbocompresseurs, les arbres à came, les systèmes de distribution (incluant notamment les cames, poussoirs, linguets, culbuteurs, pompe à huile).
Le moteur peut être tout moteur à combustion interne fonctionnant par combustion d’hydrogène et/ou d’ ammoniac. Il peut s’ agir d’un moteur à pistons ou d’une turbine à gaz. De manière connue en soi, une turbine à gaz, également dénommée turbine à combustion, est une machine tournante thermodynamique de la famille des moteurs à combustion interne et qui peut être employée à des fins de propulsion, de production d’électricité, ou comme moteur stationnaire (par exemple pour entrainer des pompes, des compresseurs, ... ).
De préférence, le moteur à combustion interne est un moteur à pistons.
La présente invention s’ applique à tout moteur à piston connu, incluant les moteurs embarqués et les moteurs stationnaires. L’ invention s’ applique notamment tant à des moteurs marins, de poids lourds, d’ engins de chantiers ou d’ engins agricoles tels que par exemple des tracteurs, les véhicules de transport en commun (bus, trains, ... ) qu’ à des moteurs de véhicules légers tels que des voitures, des moteurs employés dans la propulsion aérienne ou spatiale (avions, fusées), ainsi qu’à des moteurs employés dans des applications industrielles stationnaires.
Le moteur à piston peut être en particulier choisi parmi les moteurs à allumage par compression ou moteurs Diesel, les moteurs à allumage commandé, les moteurs à carburation mixte (en anglais « dual fuel »).
Selon un premier mode de réalisation préféré, le moteur est un moteur à allumage commandé alimenté par de l’hydrogène, ou moteur à hydrogène.
Selon un second mode de réalisation, le moteur est un moteur à allumage par compression ou moteur Diesel alimenté par de l’ ammoniac, ou moteur à ammoniac. L ’utilisation dans un moteur marin (c ’ est-à-dire un moteur à allumage par compression servant à la propulsion d’un navire) est particulièrement préférée.
Selon une variante avantageuse de ce mode de réalisation, le moteur à allumage par compression est un moteur à carburation mixte (également dénommé couramment moteur « dual fuel »). Dans cette utilisation, de l’ ammoniac alimente le moteur en combinaison avec un second carburant différent de l’ ammoniac, tel que par exemple de l’hydrogène et/ou un carburant hydrocarboné, de préférence un carburant hydrocarboné. Le carburant hydrocarboné peut être choisi parmi les carburants d’origine pétrolière et notamment les gazoles et les fiouls plus ou moins lourds, les carburants biosourcés (notamment issus de la biomasse), et les mélanges de ces deux types de carburants. Selon un mode de réalisation préféré, le carburant hydrocarboné est choisi parmi les carburants à base de fiouls lourds (tels que les carburants marins), les carburants biosourcés et leurs mélanges.
L ’ ammoniac et le second carburant sont injectés dans des proportions différentes en fonction de la puissance demandée au moteur. Le second carburant est avantageusement injecté dans le moteur pour initier la combustion, par auto-inflammation d’un mélange d’ air et d’une petite quantité de carburant appelée injection pilote. L ’ ammoniac est injecté en mélange avec de l’ air pour alimenter la combustion. L’inj ection pilote représente généralement moins de 10% en masse de la masse totale de carburant (ammoniac et second carburant) consommé, typiquement de l ’ordre de 5% en masse de la masse totale de carburant consommé.
De manière particulièrement préférée, le moteur à allumage par compression à carburation mixte est un moteur marin, c ’est-à-dire un moteur Diesel à carburation mixte équipant un navire.
Les méthodes
La présente invention a également pour objet une méthode de lubrification des pièces en mouvement dans un système de motorisation incluant un moteur à combustion interne alimenté par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l’hydrogène et l’ ammoniac, comprenant une étape de mise en contact d’au moins une desdites pièces avec une composition telle que définie ci-avant.
L ’invention a également pour objet une méthode de fonctionnement d’un système de motorisation, mobile ou stationnaire, incluant un moteur à combustion interne, consistant à alimenter ledit moteur par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l’hydrogène et l’ ammoniac et à lubrifier au moins une pièce dudit système de motorisation au moyen d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie ci-avant. La ou les pièces du moteur sont avantageusement choisies parmi les pistons, les segments, les cylindres, les bielles, les axes de piston, les coussinets, les vilebrequins, les pompes à huile, les turbocompresseurs, les arbres à came, les systèmes de distribution (incluant notamment les cames, poussoirs, linguets, culbuteurs, pompe à huile).
Le moteur peut être tout moteur à combustion interne, incluant de manière non limitative ceux décrits ci-avant.
De préférence, le moteur à combustion interne est choisi parmi les moteurs à pistons et les turbines à gaz (ou turbines à combustion).
Selon un premier mode de réalisation préféré, le moteur est un moteur à allumage commandé alimenté par de l’hydrogène.
Selon un second mode de réalisation préféré, le moteur est un moteur à allumage par compression alimenté par de l’ ammoniac, de préférence un moteur à allumage par compression à carburation mixte (ou moteur « dual fuel »). Dans ce mode de réalisation, la méthode de fonctionnement du moteur selon l’invention comprend l’ alimentation du moteur à allumage par compression par de l’ ammoniac et par un autre carburant différent de l’ ammoniac, de préférence un carburant hydrocarboné tel que décrit ci-avant.
L ’ exemple présenté ci-après vise uniquement à illustrer de manière non limitative des avantages de la présente invention.
EXEMPLE
Deux compositions lubrifiantes ont été préparées : une composition comparative C et une composition I conforme à l’invention.
Les ingrédients de chacune des compositions et leurs teneurs sont détaillés dans le tableau 1 ci-dessous, dans lequel les quantités sont indiquées en pourcentage en masse de matière active, par rapport à la masse totale de la composition. Tableau 1
Figure imgf000027_0001
Le pouvoir lubrifiant de ces deux compositions a été déterminé dans les conditions de l’essai HFRR (« High Frequency Reciprocating Rig ») tel que décrit dans la norme ISO 12156- 1 (CEC-F-06-A-96). Cet essai consiste à mesurer le pouvoir lubrifiant en mesurant la marque d'usure produite par le contact d'une bille oscillante sur une plaque fixe immergée dans la composition testée dans des conditions étroitement contrôlées. Le pouvoir lubrifiant est exprimé par la valeur moyenne du diamètre de l’ empreinte d’usure de la bille sur la plaque. Plus le diamètre d’usure est faible, plus le pouvoir lubrifiant est élevé.
Les résultats obtenus figurent dans le tableau 2 ci-dessous : Tableau 2
Figure imgf000028_0001
Ces résultats montrent que la composition I selon l’invention présente d’ excellentes propriétés de lubrification, au moins équivalentes à celle de la composition comparative C.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Utilisation pour lubrifier un système de motorisation comprenant un moteur à combustion interne alimenté par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l ’hydrogène et/ou l’ ammoniac, d’une composition comprenant :
- de l’ eau;
- au moins 10% massique, par rapport à la masse totale de ladite composition, d’un ou plusieurs polyalkylène glycol(s) de masse molaire moyenne en poids, Mw, d’ au moins 1500 g. mol 1 ; ladite composition présentant une teneur en additif(s) antigel choisi(s) parmi les glycols, les monoéthers aliphatiques desdits glycols et les alcools aliphatiques polyhydriques, strictement inférieure à 1 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
2. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la teneur en eau de la composition va de 15 à 85% en masse, de préférence de 20 à 80% en masse, plus préférentiellement de 30 à 70% en masse, et mieux encore de 40 à 60% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
3. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les polyalkylène glycols présentent une masse molaire moyenne en poids d’au moins 2000 g.mol’ en particulier d’ au moins 2500 g.mol 1 , notamment d’ au moins 3000 g.mol 1 , et plus particulièrement comprise entre 3000 et 50 000 g.mol 1 , en particulier entre 5000 et 25 000 g.mol 1 , de préférence entre 5 000 et 15 000 g.mol 1.
4. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les polyalkylène glycols comprennent au moins 50 % massique, de préférence au moins 80 % massique, plus préférentiellement au moins 90 % massique d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’ éthylène, et de préférence le ou les polyalkylène glycols sont constitués d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’éthylène
5. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition contient de 15 à 50% en masse dudit ou desdits polyalkylène glycol(s), de préférence de 15 à 30% en masse et plus préférentiellement de 16 à 20% en masse, par rapport à la masse totale de la composition.
6. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’ ensemble constitué par l’ eau et le ou lesdits polyalkylène glycol(s) représente plus de 80% de la masse totale de la composition.
7. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la teneur de la composition en additifs antigel choisis parmi les glycols, les monoéthers aliphatiques desdits glycols et les alcools aliphatiques polyhydriques est inférieure ou égale à 0,5 % massique, de préférence inférieure ou égale à 0, 1 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
8. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition contient un ou plusieurs additifs additionnels, choisis parmi des agents anti-mousse, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, et leurs mélanges.
9. Utilisation selon l ’une quelconque des revendications précédentes, pour réduire les frottements entre les pièces en mouvement à l’intérieur du moteur à combustion interne et/ou pour réduire l’usure desdites pièces.
10. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moteur à combustion interne est un moteur à pistons ou une turbine à gaz, de préférence un moteur à pistons.
1 1. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moteur est un moteur à allumage commandé alimenté par de l’hydrogène.
12. Utilisation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le moteur est un moteur à allumage par compression alimenté par de l’ ammoniac.
13. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le moteur à allumage par compression est un moteur à carburation mixte.
14. Méthode de lubrification des pièces en mouvement dans un système de motorisation incluant un moteur à combustion interne alimenté par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l’hydrogène et l’ ammoniac, comprenant une étape de mise en contact d’ au moins une desdites pièces avec une composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 8.
15. Méthode de fonctionnement d’un système de motorisation, mobile ou stationnaire, incluant un moteur à combustion interne, consistant à alimenter ledit moteur par au moins un carburant non hydrocarboné choisi parmi l’hydrogène et l’ ammoniac et à lubrifier au moins une pièce dudit système de motorisation au moyen d’une composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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WO2021259853A1 (fr) * 2020-06-22 2021-12-30 Total Marketing Services Composition aqueuse pour la lubrification des systemes de motorisation

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